在Scratch編程教育中培養學生計算思維的探究與實踐

【摘要】文章首先介紹Scratch的特點與優勢，其次闡述在Scratch編程教育中培養學生計算思維的內涵及重要性，最后提出在Scratch編程教育中培養學生計算思維的實踐策略，旨在提高學生的編程能力和計算思維能力。

【關鍵詞】計算思維；Scratch；編程；教育

作者簡介：張浩（1991—），男，江蘇省淮安市新安小學。

隨著計算機技術的發展，編程教育逐漸成為一種培養學生能力的重要方式。Scratch作為一款適合初學者的編程工具，得到了越來越多的關注和應用。Scratch編程教育并非簡單的語言教學，而是要培養學生的計算思維能力，計算思維是一種解決問題的思維方式，不僅在編程領域具有重要作用，而且對學生的終身發展也具有非常重要的作用。文章探討在Scratch編程教育中培養學生計算思維的策略。

一、Scratch的特點與優勢

Scratch是一種非常受歡迎的視覺化編程語言，使用對象主要為青少年和教育工作者。Scratch具有許多特點與優勢，它在編程教育領域中具有一定的價值［1］。

首先，Scratch采用視覺化編程界面，用戶可以通過拖拽圖形模塊來實現程序的構建，而不需要編寫復雜的代碼。這種程序構建的方式極大地降低了編程的門檻，初學者也能很快地開始學習編程，而不需要深入了解復雜的語法和語義。

其次，Scratch非常易于學習，其擁有簡單易懂的界面和語法。即使是沒有編程經驗的人，也可以通過簡單的操作開始學習。此外，Scratch擁有大量的教學資源和社區支持，用戶能夠更快地學習和掌握編程技能。Scratch是一款開源的編程語言，用戶可以免費下載并在多個平臺上使用。Scratch的開放性促進了用戶間的分享和交流，為用戶創造了更多的學習機會和資源。用戶可以共享項目、游戲或動畫，也可以下載他人的項目進行學習和改進。Scratch還非常鼓勵用戶進行自主創作，用戶可以通過Scratch制作自己的動畫、游戲等內容，這種創造性的編程方式可以激發用戶的想象力和創造力，提高編程的樂趣和吸引力。用戶還可以通過Scratch與其他用戶分享作品，這種分享可以促進編程教育的互動和發展。

最后，Scratch具有豐富的功能和擴展性，包含多種編程語句、音視頻媒體支持控件等，用戶可以通過Scratch實現各種有趣的應用。雖然Scratch是一種視覺化編程語言，但是它具有足夠的功能和擴展性，可以讓用戶創造更多有趣和有用的應用程序。

總之，Scratch作為一種免費、易學易用、開放性強、創造性和功能強大的視覺化編程語言，已經成為教育工作者首選的編程教育工具之一。通過Scratch，學生可以在學習編程的同時，創造自己的作品，享受編程的樂趣。

二、在Scratch編程教育中培養學生計算思維的內涵及重要性

計算思維可以幫助人們解決問題、推理和創造新的知識。在Scratch編程教育中，計算思維可以幫助學生培養邏輯思維能力、創新能力、解決問題的能力等，對學生的全面發展和未來的職業發展都具有重要意義［2］。

在Scratch編程教育中，計算思維主要包括以下四個方面：一是抽象化，即將實際問題轉換為計算機可以處理的形式，如將一個游戲中的角色、關卡等轉化成代碼中的對象和變量；二是分解與模塊化，即將復雜的問題分解成多個小問題，然后設計模塊來解決每個小問題，最終將所有模塊組合起來解決大問題；三是算法設計，即設計合理的算法來解決問題，如游戲中的移動、跳躍等操作都需要設計相應的算法；四是邏輯思維，即Scratch編程需要嚴密的邏輯思維，如條件判斷思維、循環思維等。

計算思維在Scratch編程教育中的重要性主要表現在以下四個方面：一是幫助學生理解和應用抽象概念和思維方式，為他們未來的學習和工作打下堅實的基礎；二是幫助學生理解計算機科學中的基本原理，促進他們對計算機科學的深入理解；三是培養學生的邏輯思維和解決問題的能力，提高學生的創新能力；四是增強學生的編程思維和編程技能，為他們未來從事計算機相關領域的工作打下基礎。

三、在Scratch編程教育中培養學生計算思維的實踐策略

（一）強調問題解決的過程

在Scratch編程教育中，強調問題解決的過程是非常重要的。這是因為編程本質上是一種解決問題的方式，而編程教育并不僅是為了教學生編寫程序，更重要的是培養學生解決問題的能力。

首先，在Scratch編程教育中，教師應該注重教學內容的問題導向性。在教學過程中，教師應該針對具體的問題設計相應的課程和項目，引導學生在解決問題的過程中學習編程知識和技能。例如，教師可以設計一些與現實生活相關的問題，如引導學生設計一個可以幫助老人記憶日常用品的小程序，或者設計一個可以自動垃圾分類的游戲。這樣既可以提高學生的學習興趣，又可以讓學生在解決問題的過程中逐步提高計算思維能力［3］。

其次，在Scratch編程教育中，教師應該注重培養學生的分析和設計能力，引導學生進行模塊化設計和算法設計，幫助他們將復雜問題分解成多個小問題，并分別設計相應的算法和模塊，最終組合成一個完整的程序。這樣可以讓學生在解決問題的過程中逐步提高分析和設計的能力，同時也可以培養他們的系統思維能力和抽象思維能力。

最后，在Scratch編程教育中，教師應該注重引導學生進行測試和調試。測試和調試是程序開發過程中非常重要的環節，也是解決問題的關鍵步驟。教師引導學生進行程序測試和調試，可以讓他們逐步理解和掌握程序開發過程中的問題解決策略，提高他們的計算思維能力。

綜上所述，強調問題解決的過程是Scratch編程教育中非常重要的實踐策略。教師注重教學內容的問題導向性、培養學生分析和設計的能力及引導學生測試和調試，可以有效提高學生的計算思維能力，為他們未來的學習和生活打下堅實的基礎。

（二）逐步引導學生實現自主創作

在Scratch編程教育中，學生的自主創作是非常重要的一環。學生可以通過Scratch制作動畫、游戲等內容，并分享給其他人。這種自主創作的過程可以激發學生的想象力和創造力，提高編程教學的樂趣和吸引力［4］。在Scratch編程教育中，教師應該逐步引導學生實現自主創作，具體包括以下四個方面。

首先，提供合適的項目啟發。教師可以通過提供合適的項目啟發，引導學生思考自己的編程項目內容，并將其實現。如，教師可以提供一些小游戲的創意，讓學生自行設計游戲的規則、界面、關卡等。

其次，鼓勵學生嘗試不同的功能和模塊。Scra-tch提供了豐富的功能和模塊，學生可以嘗試不同的功能和模塊，發現其中的奧秘，從而更好地實現自己的創意。教師在鼓勵學生嘗試不同的功能和模塊時，應該給予學生必要的指導。

再次，引導學生進行分析和設計。在實現自主創作的過程中，學生需要進行分析和設計，將自己的創意轉化為具體的編程方案。教師可以引導學生進行分析和設計，幫助他們將復雜的問題分解成多個小問題，并逐步實現每一個小問題。

最后，提供必要的技術支持和反饋。在實現自主創作的過程中，學生可能會遇到各種技術難題，因此，教師應該提供必要的技術支持和反饋，幫助學生克服技術難題，從而實現自主創作。

（三）設計有挑戰性的項目實踐

教師設計有挑戰性的項目實踐是培養學生計算思維和編程能力的重要策略之一。如果項目具有足夠的挑戰性，就可以激發學生的興趣和學習動力，同時也能夠鍛煉學生的計算思維和編程能力。教師在設計項目時，需要考慮以下四個方面。

首先，教師設計項目的難度。項目的難度應該與學生的水平相匹配，既不能過于簡單，也不能過高。對于初學的學生，教師可以設計一些基礎的項目，如編一個簡單的計算器程序；對于高階的學生，教師可以設計更加復雜的項目，如編一個人工智能游戲或者機器人控制系統。

其次，教師引導學生思考和分析。在項目實踐的過程中，教師應該引導學生進行思考和分析，幫助他們理解項目的需求和實現的方案。如教師可以引導學生分析項目的功能和特點，設計相應的算法和數據結構。

再次，教師提供必要的幫助和指導。在項目實踐的過程中，學生可能會遇到各種問題，此時教師需要及時提供必要的幫助和指導。如教師可以提供一些模板程序和代碼示例，讓學生參考和借鑒。

最后，教師鼓勵學生創新和自主探究。在項目實踐的過程中，教師應該鼓勵學生自主探究，讓他們發揮自己的創造力和想象力，提出新的項目需求和實現方案。

（四）鼓勵學生進行合作學習

教師鼓勵學生進行合作學習是一種培養學生計算思維能力的有效途徑。合作學習可以促進學生的相互交流，從而提高學生的學習能力。在Scratch編程教育中，教師可以設計小組編程項目，讓學生合作完成編程項目。

小組編程項目可以培養學生的團隊合作能力、協作能力和溝通能力。教師在設計小組編程項目時，可以設置任務分工，讓不同的學生負責不同的任務，同時教師設置不同的項目難度級別和主題，以滿足不同學生的學習需求和興趣。此外，教師可以引導學生進行代碼審查和反思，幫助他們發現和糾正錯誤，提高編程質量。

以游戲設計編程項目為例，教師可以設計一個簡單的跳躍游戲編程項目，讓學生分工合作，其中一部分學生負責設計游戲場景和角色，另一部分學生負責編寫游戲邏輯和程序代碼。

以仿真系統設計編程項目為例，教師可以設計一個簡單的天氣預報系統編程項目，讓學生分工合作，其中一部分學生負責設計用戶界面和交互，另一部分學生負責編寫數據處理和預測的算法。

以機器人控制編程項目為例，教師可以設計一個機器人控制系統編程項目，讓學生分工合作，其中一部分學生負責設計機器人硬件和機械結構，另一部分學生負責編寫機器人控制程序。

這些小組編程項目都具有一定的難度和挑戰性，能夠提高學生的計算思維和編程能力。通過合作學習，學生相互協作，共同解決問題，有效提高了團隊合作和溝通能力。

（五）提供多樣化的編程素材和資源

教師提供Scratch編程教學視頻，可以幫助學生更深入地了解Scratch的功能和用法，同時也能夠為學生提供更直觀的學習體驗。視頻可以涵蓋Scratch的基礎知識、高級編程技巧、項目實踐等方面。

教師提供豐富的編程案例，可以幫助學生了解編程在實際生活中的應用，同時也能夠讓學生更好地理解編程的概念和技術。編程案例可以涵蓋游戲設計、動畫制作、模擬系統等方面，學生可以根據自己的興趣自主學習。

此外，教師還可以鼓勵學生分享自己的編程作品和經驗，讓學生在共同交流中獲得更多的靈感和創新思路。如教師可以鼓勵學生參加編程競賽，讓學生可以與其他Scratch編程愛好者交流和分享經驗，拓寬學生的學習視野。

結語

教師在Scratch編程教育中培養學生計算思維，能夠有效提高學生的編程能力和解決問題能力，從而為學生的終身發展打下堅實的基礎。教師應該順應信息時代發展的需要，重視編程教育，創新編程教育策略，為國家的信息技術發展培養人才。

【參考文獻】

［1］張瑜.培養學生計算思維：初中學校開展Scratch編程教學的實踐與研究［J］.中國信息化，2022（09）：85-90.

［2］萬詩強.計算思維教學在小學信息技術課程中的探索與實踐：以蘇教版小學五年級信息技術Scratch課程為例［J］.中國教育信息化，2019（18）：47-49，86.

［3］董欣欣.基于scratch的小學生計算思維培養的教學案例研究［J］.中小學電教，2017（Z2）：121-123.

［4］馮妍.基于計算思維培養的Scratch編程教學案例研究［J］.中國現代教育裝備，2022（02）：55-57.